基于光电耦合层的棱镜spw激励装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置。包括光源、传输光纤和三角棱镜，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点所在直线垂直于底面且过底面的对角线中点，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层和金属薄膜层，所述金属薄膜层表面覆有环境介质；所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面。利用本实用新型的装置所产生的共振集中区域的能量集中且峰值显著增大，同时具有共振光谱调制特性和很高的折射率响应灵敏度。
【专利说明】基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置
【技术领域】
[0001]本实用新型公开了基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，属于光学滤波与调制器件设计等领域。
【背景技术】
[0002]表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)效应作为一种存在于金属薄膜与电介质界面利用衰减全反射引起金属表面电荷振荡的物理光学现象，对于环境介质折射率的变化非常敏感。SPR技术具有特异性好、适于原位标记、无二次污染、场增强效应强等优点，已在抗原抗体免疫分析、药物筛选与鉴定、多频谱成像等领域受到广泛重视。随着分子生物检测、环保监测以及新型光学滤波器技术探索的持续深入，因此提升SPR效应调制效果及提高其响应灵敏度成为新的研究热点。
[0003]L.Wu等采用在金属薄膜外侧增覆石墨烯,研制了检测碳基环结构的SPR生物传感器，该方法主要适用于等研制了基于磁光效应Au/Co/Au夹层结构的棱镜SPR传感器，提高了 DNA短链杂交的检测灵敏度，但由于系统采用角度调制装置使得检测过程较为复杂。郝鹏等采用纳米金表面修饰对传感信号的放大作用以及调节各介质层能量分布，提高了 SPR生物传感器灵敏度。
[0004]以上工作大都集中于对特定监测分子适用的高灵敏度共振传感器，目前用于共振光谱与灵敏度双重调制的产生SPW(Surface plasma wave,表面等离子体波)的装置尚未提出。
实用新型内容
[0005]本实用新型解决的技术问题是提供了一种基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，同时还提出了基于表面等离子共振的检测系统。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型一种基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，包括光源、传输光纤和三角棱镜，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点与底面对角线中点的连线垂直于底面，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层和金属薄膜层，所述金属薄膜层表面覆有环境介质；所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面；其中，光源输出的入射光以预设入射角经传输光纤传输至入射面发生折射后依次传输至光电稱合层、金属薄膜层。
[0007]进一步地优选方案，本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置中，所述入射角为45度。
[0008]进一步地优选方案，本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置中，所述光源与传输光纤之间设置偏光器，所述偏光器用于分离入射光中的P偏振光。
[0009]进一步地优选方案，本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置中，所述光电耦合层为Ti02，折射率为2.2，厚度为150nm ;棱镜材料为K9，折射率为1.5163 ;金属薄膜层的厚度为50nm，其中光电耦合层的折射率和厚度利用时域有限差分法数值模拟确定。
[0010]进一步地优选方案，本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置中，所述光源为波长为400-1000nm的宽带光源。
[0011]进一步地优选方案，本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置中，所述环境介质为液态介质，其折射率范围为1.33-1.37。
[0012]一种基于表面等离子共振的检测系统，包括棱镜SPW激励装置、传输光纤1、聚焦透镜、光纤光谱仪，其中，所述棱镜SPW激励装置为上述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，该棱镜SPW激励装置发出的反射光经传输光纤I依次传输至聚焦透镜、光纤光谱仪。
[0013]本实用新型与现有技术相比具有以下显著的有点:1)采用本实用新型所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置所产生的共振集中区域相比传统基于棱镜Kretschmann三层结构激励模型所构建的产生装置在该区域内具有的能量集中且峰值显著增大，说明本实用新型装置拥有更高的共振强度；2)本实用新型所述的基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置用于检测环境介质折射率时，共振波长出现展宽，显著提高了其折射率响应灵敏度，但检测范围较小，说明本实用新型装置具有共振光谱调制特性和很高的折射率响应灵敏度；3)该实用新型结构简单，操作方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置结构示意图；
[0015]图2为本实用新型设有偏光器的棱镜SPW激励装置结构示意图；
[0016]图3本实用新型基于SPW的检测系统的结构不意图；
[0017]图4为本实用新型检测系统中光电耦合层厚度与共振效应能量强度关系曲线。
[0018]图5为本实用新型检测系统中光电耦合层折射率与共振效应能量强度关系曲线。
[0019]图6 (a)为基于棱镜Kretschmann三层结构的检测系统中共振光谱随环境介质折射率变化的关系曲线；图6(13)为本实用新型所述检测系统中共振光谱随环境介质折射率变化的关系曲线。
[0020]图7为本实用新型所述检测系统中与基于棱镜Kretschmann三层结构的检测系统中共振半波宽度随环境介质折射率变化关系曲线。
[0021]图8为本实用新型所述检测系统中与基于棱镜Kretschmann三层结构的检测系统中共振波长随环境介质折射率变化的响应曲线。
【具体实施方式】
[0022]如图1、图2所示本实用新型一种基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，包括光源、传输光纤5和三角棱镜1，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点与底面对角线中点的连线垂直于底面，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层2和金属薄膜层3，所述金属薄膜层表面覆有环境介质4;所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面；其中，光源输出的入射光以预设入射角经传输光纤传输至入射面发生折射后依次传输至光电稱合层、金属薄膜层。
[0023]所述光电耦合层为Ti02，折射率为2.2，厚度为150nm ;棱镜材料为K9，折射率为1.5163 ;金属薄膜层的厚度为50nm,所述光源为波长为400-1000nm的宽带光源,所述环境介质为液态介质，其折射率范围1.33-1.37，在该装置中，为了便于SPR效应的观察，也可在光源与传输光纤之间设置偏光器7，偏光器用于分离入射光P偏振光。
[0024]一种产生SPW的方法，该方法基于上述产生SPW的装置来实现，具体包括:
[0025](I)、入射角为45度，波长为400_1000nm的入射光经传输光纤传输至入射面，在所述入射面发生折射，光波经过棱镜的传输到达光电耦合层界面，所述入射光当经偏光器后即为分尚出的入射P偏振光；
[0026](2)、将不同折射率的环境介质分别覆盖于金属薄膜层表面，此时入射光在光电耦合层-金属薄膜层界面发生全反射，激发金属薄膜层与环境介质界面发生表面等离子体共振效应，产生SPW ;当环境介质为液态介质时，每次通过滴管滴3-5滴介质至金属薄膜层表面。
[0027]如图3所示，一种基于表面等离子共振的检测系统，该系统用于检测不同折射率的环境介质下的反射光强度与入射波长之间的关系，具体包括产生SPW的装置、传输光纤16、聚焦透镜、光纤光谱仪和计算机，
[0028]光源输出的入射光经传输光纤入射至入射面发生折射后在传感面发生全反射；全反射产生的平行于入射光的反射光路上依次设有聚焦透镜和光纤光谱仪，反射光经传输光纤I传输至聚焦透镜聚焦后传输给光纤光谱仪；光纤光谱仪外接计算机检测光谱图经光谱分析呈现出不同折射率的环境介质下的反射光强度(通过光强反射率来体现)与入射波长之间的关系，该关系满足以下条件:
【权利要求】
1.一种基于光电稱合层的棱镜SPW激励装置,其特征在于:包括光源、传输光纤和三角棱镜，所述三角棱镜为底面是矩形的棱锥体，棱锥体的顶点与底面对角线中点的连线垂直于底面，底面两个长边所在的棱锥体侧面均为等腰直角三角形；所述三角棱镜的底面为传感面，该传感面上依次镀有光电耦合层和金属薄膜层，所述金属薄膜层表面覆有环境介质；所述底面两个短边所在的棱锥体侧面中的一面作为入射面，另一面作为反射面；其中，光源输出的入射光以预设入射角经传输光纤传输至入射面发生折射后依次传输至光电耦合层、金属薄膜层。
2.根据权利要求1所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，其特征在于:所述入射角为45度。
3.根据权利要求2所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，其特征在于:所述光源与传输光纤之间设置偏光器，所述偏光器用于分离出入射光中的P偏振光。
4.根据权利要求2所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，其特征在于:所述光电耦合层为Ti02，折射率为2.2，厚度为150nm ;棱镜材料为K9，折射率为1.5163 ;金属薄膜层的厚度为50nm。
5.根据权利要求4所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，其特征在于:所述光源为波长为400-1000nm的宽带光源。
6.根据权利要求4所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，其特征在于:所述环境介质为液态介质，其折射率范围为1.33-1.37。
7.一种基于表面等离子共振的检测系统，其特征在于:包括棱镜SPW激励装置、传输光纤1、聚焦透镜、光纤光谱仪，其中，所述棱镜SPW激励装置为权利要求1-6中任意一项所述基于光电耦合层的棱镜SPW激励装置，该棱镜SPW激励装置发出的反射光经传输光纤I依次传输至聚焦透镜、光纤光谱仪。
【文档编号】G01N21/41GK203465192SQ201320571933
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】张倩昀, 曾捷, 周雅斌, 张先辉, 章晓燕, 周鹏, 李继峰 申请人:南京航空航天大学